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1、7.2 伺服电动机,7.3 测速发电机,7.4 自整角机,7.5 旋转变压器,本章主要介绍单相异步电动机、伺服电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、微型同步电动机、步进电动机、开关磁阻电动机、直线异步电动机、永磁无刷直流电动机和交直流两用电动机的工作原理及其应用。,7.1 单相异步电动机,7.6 微型同步电动机,7.8 开关磁阻电动机,7.7 步进电动机,7.9 直线异步电动机,7.10 永磁无刷直流电动机,7.11 交直流两用电动机,基本要求： 1.熟练掌握单相异步电动机的工作原理及主要类型，了解其应用情况； 2.熟练掌握直流伺服电动机的基本结构、运行特性及实际应用，熟练掌握交流 伺服电
2、动机的工作原理、特性、控制方式及实际应用； 3.掌握测速发电机的工作原理，了解测速发电机的输出误差的原因，掌握减小输出误差的方法； 4.了解自整角机的结构与工作原理，误差分析与选用时应注意的问题以及应用情况； 5.了解旋转变压器的结构与工作原理、误差及其改进方法，掌握旋转变压器的各种补偿控制方法，了解旋转变压器的应用情况；,6. 了解永磁式、反应式和磁滞式同步电动机的结构、工作原理、特点及应用 情况； 7. 掌握步进电机的结构和工作原理，了解步进电机的频率特性、驱动电源以 及应用情况； 8. 了解开关磁阻电动机系统的组成、特点及应用情况； 9. 了解直线异步电动机的结构、工作原理及应用情况；
3、10.了解永磁直流无刷电动机的结构、工作原理、运行特性、控制方法以及应用情况。 11.了解交直流两用电动机的结构、工作原理、工作特性及应用情况。,7.1 单相异步电动机,教学内容：,7.1.1 单相异步电动机的工作原理,7.1.2 单相异步电动机的主要类型,7.1.3 单相异步电动机的应用,教学目的与要求：,1 了解单相异步电动机的结构特点,2 掌握单相异步电动机的工作原理,3 掌握单相异步电动机的主要类型,4 了解单相异步电动机的应用,7.1,7.1.1 单相异步电动机的工作原理,一、 单相异步电动机的结构,单相异步电动机的转子就是普通的笼型转子。定子铁心由硅钢片叠压而成，嵌有定子绕组。为了
4、产生起动转矩，单相异步电动机定子上都安放两套绕组，一个为工作绕组，另一个为起动绕组，两个绕组在空间相距900电角度。起动绕组一般只在起动时接入，起动完毕就与电源断开，正常运行只有一个工作绕组接在电源上。也有一些电容或电阻电动机，运行 时仍然接于电源上，实质是两相电机，由于接在单相电源上，仍称为单相异步电动机。,7.1.1,图7.1.1 单相异步电动机结构,7.1.1,二、单相异步电动机的工作原理,1 、单相绕组通入单相交流电时的情况,单相交流绕组通入单相正弦交流电流产生脉动磁动势，它可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的圆形旋转磁动势F+和F-，建立起正转和反转旋转磁场+和-，这两个旋转
5、磁场切割转子导体，分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流，从而产生正向电磁转矩Tem+和反向电磁转矩Tem-，叠加后即为推动转子转动的合成转矩Tem。,7.1.1,图7.1.2 单相异步电动机的磁场和转矩,图7.1.3 三相异步电动机的 曲线,7.1.1,设电动机转速为n，则对正转磁场而言，转差率s+为,对反转磁场而言，转差率s-为,7.1.1,7.1.1,分析：, 当s1时，T0，T的方向，取决于s的正负。一旦旋转，转向依外力方向而定，即在外力矩作用下，电机可朝外力方向旋转。三相异步电动机运行中断一相，电机仍能继续运转。, 由于存在负序转矩，使合成转矩减小，过载能力降低，TL不变，n下降S
6、上升I2上升I1上升温升增加。, 转子静止时，n=0,S=1，合成转矩为0。单相异步电动机无起动转矩，故单相异步电动机不能自行起动。三相异步电动机电源一相断线时，相当于一台单相异步电动机，故不能自起动。,7.1.1,7.1.2 单相异步电动机的主要类型,一、分相起动电动机,包括：电容起动电动机、电容电动机和电阻起动电动机.,根据获得旋转磁场方式的不同，分为分相电动机和罩极电动机,1、电容起动电动机,特点： 起动绕组和电容按短时工作设计； 电容起分相和提高功率因数的作用。由于起动绕组和电容按短时工作设计，因此，当n达7085%n1时，离心开关自动断开。 改变电容起动电动机的转向，只需将工作绕组或
7、起动绕组的两个出线端对调即可。,7.1.2,7.1.2,图7.1.5 单相电容起动电动机,实质上是一台两相异步电动机，起动绕组和工作电容应按长期工作方式设计。,2、电容电动机,7.1.2,图7.1.6 单相电容电动机,特点：, 起动绕组和工作电容器按长期工作设计； 过载能力、功率因数和效率均较高； 容量能做到五十瓦至几千瓦； 应用比较广泛，如应用于压气机、空调等； 电容电动机反转的方法与电容起动电动机相同。,3、电阻起动电动机,在起动绕组中串联电阻来分相，即工作绕组电阻小，电抗大；起动绕组电阻大，电抗小。,特点：起动转矩较小，只适用于空载或轻载起动的场合。,7.1.2,二、罩极电动机,定子铁心
8、做成凸极式，由硅钢片叠压而成，工作绕组为集中绕组，套在定子磁极上，每个极靴表面1/31/4处开有一个凹槽，放入罩极绕组（短路环），如图7.1.7所示：,1、结构特点：,7.1.2,7.1.2,图7.1.7 单相罩极电动机,2、工作原理,在时间上滞后 一个角度，而两个绕组在空间也相隔一个角度，产生旋转磁场，转向由未罩极部分转向罩极部分。电机转向也由未罩极部分转向罩极部分。,3、改变转向的方法：1） 定子上绕制两套起动绕组；2） 将定、转子反向安装。4、优缺点：起动转矩小，结构简单，不需要电容器。5、应用: 用于小容量电动机中。如应用于小型风扇、电动模型和电唱机中。,7.1.2,7.1.3 单相异
9、步电动机的应用,1、单相异步电动机广泛应用于家用电器、医疗器械及轻工设备中。,2、单相异步电动机应用于电风扇的情况：, 电风扇的工作原理； 电风扇的调速方法：串电抗器调速法；电动机绕组抽头法。,7.1.3,电动机绕组抽头法,串电抗器调速法,7.1,教学重点：,1 掌握单相异步电动机的工作原理,2 掌握单相异步电动机的主要类型,教学难点：,罩极电动机的工作原理,作业：,P338：7.1；7.2,小结,7.2 伺服电动机,7.2,教学内容：,7.2.1 直流伺服电动机,7.2.2 交流伺服电动机,7.2.3 伺服电动机的应用,教学目的与要求：,1 了解伺服电动机的结构和类型,2 掌握直流伺服电动机
10、的工作特性,3 掌握交流伺服电动机的工作原理及控制方式,4 了解伺服电动机的应用,7.2.1 直流伺服电动机,一、直流伺服电动机的结构和分类,直流伺服电动机实质上就是一台他励式直流电动机。分类： 传统型直流伺服电动机：普通型直流伺服电机，分为电磁式和永磁式两种。 低惯量型直流伺服电动机： 盘形电枢直流伺服电动机； 空心杯电枢直流伺服电动机； 无槽电枢直流伺服电动机。,7.2.1,伺服电动机又称执行电动机，它可以把输入的电压信号转换为电机轴上的角速度或角位移等机械信号输出。伺服电动机分为：直流和交流伺服电动机两类。,图7.2.1 盘形电枢直流伺服电动机结构,7.2.1,图7.2.2 空心杯电枢直
11、流伺服电动机结构,图7.2.3 无槽电枢直流伺服电动机结构,7.2.1,二、直流伺服电动机的运行特性,1、机械特性：指在控制电压保持不变的情况下，直流伺服 电动机的转速n随转矩变化的关系。,式中：,转速关系式：,控制方式：电枢控制和磁极控制，实际中主要采用电枢控制方式。,7.2.1,当转速为零时，电机转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩称为堵转转矩。,当转矩为零时，电机转速仅与电枢电压有关，此时的转速称为理想空载转速。,7.2.1,直流伺服电动机的机械特性如图7.2.4所示：,2、调节特性：指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。直流伺服电动机的调节特性如图7.2.5所示。,图7.2.4 电枢
12、控制的直流伺服电机机械特性,图7.2.5 直流伺服电机调节特性,7.2.1,7.2.2 交流伺服电动机,一、交流伺服电动机的基本结构,交流伺服电动机为两相交流电机，由定子和转子两部分组成。转子有高电阻率导条的笼型转子和非磁性空心杯型转子两种。定子为两相绕组，并在空间相差90电角度，一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。如图7.2.6所示：,图7.2.6 交流伺服电机工作原理图,7.2.2,二、交流伺服电动机的工作原理,当控制电压为零时：只有励磁电流产生脉动磁场，转子不动。 当有控制电压时：励磁绕组和控制绕组中的电流共同产生一个合成的旋转磁场，带动转子旋转。,7.2.2, “自转”现象：当励磁电压不
13、为零，控制电压为零时，伺服电动机相当于一台单相异步电动机，若转子电阻较小，则电机仍然旋转。 避免“自转”现象方法：增大转子电阻值。,说明：,7.2.2,三、交流伺服电动机的控制方式,交流伺服电动机的控制方式有三种：幅值控制、相位控制和幅值相位控制1、幅值控制控制电压和励磁电压保持相位差90，只改变控制电压的大小来调节电机的转速，这种控制方法称为幅值控制。,2、相位控制控制电压和励磁电压幅值均为额定值，通过改变控制电压和励磁电压相位差，实现对伺服电动机的控制，这种控制方法称为相位控制。,3、幅值相位控制通过改变控制电压的幅值及控制电压与励磁电压的相位差控制伺服电动机的转速，这种控制方法称为幅值相
14、位控制。,7.2.2,7.2.3 伺服电动机的应用,伺服电动机通常作为随动系统、遥测和遥控系统及各种增量运动控制系统的主传动元件。,伺服电动机在雷达天线中的应用：典型的位置控制随动系统。,7.2.3,7.2,教学重点：,1 掌握直流伺服电动机的工作特性,2 掌握交流伺服电动机的工作原理,3 掌握交流伺服电动机的控制方式,教学难点：,交流伺服电动机的自传现象,作业：,P338：7.4；7.5,小结,7.3 测速发电机,7.3,教学内容：,7.3.1 直流测速发电机,7.3.2 交流异步测速发电机,7.3.3 测速发电机的应用,教学目的与要求：,1 掌握直流测速发电机的输出特性及减小误差的方法,2
15、 掌握空心杯型异步测速发电机的工作原理,3 掌握异步测速发电机的输出特性及其误差,4 了解测速发电机的实际应用,根据励磁方式不同分为永磁式和电磁式两种。,7.3.1 直流测速发电机,一、直流测速发电机的输出特性当励磁磁通和负载电阻RL一定时，测速发电机输出电压U2与转速n之间的关系，称为输出特性，如图7.3.1所示。,7.3.1,测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置，它的基本任务是把机械转速变换成电压信号，其输出电压与输入的转速成正比关系。测速发电机分为：直流和交流测速发电机及无刷测速发电机。,图7.3.1 不同负载电阻时的输出特性,7.3.1,2.减少误差的方法：,二、直流测速发电机的误差
16、及减少误差的方法,1. 直流测速发电机的误差 电枢反应的影响； 电刷接触电阻的影响； 温度的影响； 纹波的影响。,7.3.1,7.3.2 交流异步测速发电机,分为同步测速发电机和异步测速发电机两种，其中异步测速发电机应用广泛，其又分为笼型和空心杯型两种。空心杯型测速发电机测量精度高、转动惯量小，性能稳定，适于快速系统，应用比较广泛。,一、空心杯转子异步测速 发电机的工作原理,图7.3.2 异步测速发电机工作原理,7.3.2,即：输出绕组的感应电动势的幅值正比于电机的转速。,7.3.2,二、异步测速发电机的输出特性,7.3.2,三、异步测速发电机的误差,主要包括幅值及相位误差和剩余电压误差,1、幅值及相位误差产生原因：励磁绕组的漏抗存在。减小该误差的方法：增大转子电阻。,7.3.2,2、剩余电压误差产生原因：由于加工、装配过程中存在机械上 的不对称及定子磁性材料性能的不一致性，使得测速发电机转速为零时，实际输出电压并不为零，此时的电压称为剩余电压，剩余电压引起的误差称为剩余电压误差。减小剩余电压误差的方法：选择高质量的各方向特性一致的磁性材料，在机加工和装配过程中提高机械精度以及装配补偿绕组。,
